フェライト系ステンレス鋼：定義、組成、特性、加工、グレード、用途など

ステンレス鋼は、錆に強く、品質が長持ちすることで知られる柔軟な素材です。オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系、二相ステンレス鋼、析出硬化ステンレス鋼など、さまざまな形状があります。

フェライト系ステンレス鋼はオーステナイト鋼とは異なる。体心立方 (BCC)配列で、ニッケルが少ない。フェライト系ステン レス鋼は磁石にも吸着され、この特性が有利な場 合に使用される。

この記事では、フェライト系ステンレス鋼に 焦点を当て、その定義、成分、主要特性、 加工方法、一般的な鋼種を取り上げる。フェライト系ステンレス鋼がどのような場合に、どのような理由で、どのようなニーズに適しているのか、その概要を分かりやすく説明することを目的としています。

フェライト系ステンレス鋼とは？

フェライト系ステンレス鋼は、体心立方 (BCC) 結晶配列のステンレス鋼で、室温では純鉄に類似している。組成は通常、10.5%から18%のクロムを含み（ただし特定の鋼種は30%と高い場合もある）、ニッケルはほとんど含まれず、炭素含有量は少ない。 

ステンレス鋼は5つの鋼種に分類され、自動車排気装置、家庭用電化製品、産業機器などに広く使用されている。一般的な鋼種は430、409、439など。磁性を持ち、熱処理によって硬化させることはできない。

フェライト系ステンレス鋼の化学成分

フェライト系ステンレス鋼は、主に鉄、クロム、 炭素から構成されている。鉄は主要元素であり、組成の最 大部分を占める。10.5-30%を占めるクロムは、耐食性を与える主な添加剤である。炭素含有量は低く、通常0.1%未満で、鋼を柔らかく可鍛性に保ちます。モリブデン、アルミニウム、チタンなどの他の元素は、特定の特性を向上させるために少量含まれている場合があります。

鉄、Fe	クロム、Cr	炭素、C	マンガン、Mn	シリコン、Si	リン、P	硫黄、S	ニッケル、Ni	モリブデン、Mo
バランス	10.5-30%	≤ 0.12%	≤ 1.00%	≤ 1.00%	≤ 0.040%	≤ 0.030%	≤ 0.50%	≤ 1.00%

フェライト系ステンレス鋼の特性

フェライト系ステンレス鋼の最大の特徴は次の3点である。

• 耐食性:フェライト系ステンレス鋼は、その11-30%クロムの含有量により、特に塩化物環境において良好な耐食性を示します。
• 磁気:オーステナイト系ステンレス鋼と異なり磁性があり、誘導加熱に有用。
• 成形性:炭素鋼に似た良好な成形性を持ち、複雑な部品に最適。

これらの特性は、フェライト系ステンレ ス鋼の化学的、物理的、機械的特性に結びつ いており、信頼性と有効性を保証している。これらについて詳しく説明しよう。

化学的性質

フェライト系ステンレス鋼の化学的特性は、化学的環境における挙動、特に耐食性、耐酸化性に関係し、主な特性は以下の通りである：

化学的性質	パフォーマンス	説明
耐食性	軽い反応だ。	耐酸化性、耐食性に優れている。
応力関連割れ（SCC）に対する耐性	反応は非常に低い。	オーステナイト系ステンレス鋼に比べ、特に塩化物環境において高い耐性を示す。
局部腐食および隙間腐食に対する耐性	中程度の反応。	塩化物環境での耐性は中程度。
低水素脆化感受性	最小限の反応。	感受性が低く、水素暴露に適している。
化学的安定性	何の反応もない。	様々な化学環境下で安定
耐酸化性	何の反応もない。	高温でも錆びにくい。

物理的性質

フェライト系ステンレス鋼の物理的特性は、エ ンジニアリングおよび工業用途、特に熱交 換および磁気用途に選択する際の鍵となる。次に、下表の重要な物理的特性をご確認ください：

物理的性質	特定の価値観	説明
密度	7.7-8.1 g/cm³	比較的密度が高く、構造用途に安定性をもたらす。
熱伝導率	16-25 W/m-K	熱伝導性が良く、熱交換用途に適している。
熱膨張	10-12 µm/m-K	オーステナイト系ステンレス鋼に比べて熱膨張が小さく、熱歪みのリスクを低減。
耐熱性	800℃まで	強度を保ち、高温でも錆びにくい。
電気抵抗率	600-750 nΩ-m	中程度の電気抵抗で、導電性が不可欠でない場合に使用される。
透磁率	500-2000 H/m	透磁率が高く、磁気用途に最適。
融点	1425-1510°C	融点が高く、高温下での耐久性を確保。

機械的特性

フェライト系ステンレス鋼の物理的特性は、建築用途における強度と耐久性を決定します。主な機械的特性は以下の表をご覧ください：

機械的性質	特定の価値観	説明
引張強度	400-600 MPa	引き伸ばされたり引っ張られたりしているときに、それが扱える最大の力。
降伏強度	250-450 MPa	形状が永久に変化し始める応力。
伸び	20-30%	壊れる前に伸びる能力。
硬度	150-200 HB	へこみやひっかきに対する耐性。
弾性係数	200 GPa	弾性変形における伸びに対する力の比。
耐衝撃性	中程度	エネルギーを吸収し、衝撃に耐える能力。
磁気特性	高い	強力な磁気特性を持ち、磁気用途に適している。
タフネス	中程度	エネルギーを吸収し、壊れることなく永久に変形する能力。
成形性	グッド	希望の形に成形しやすい。
溶接性	グッド	強度や耐久性を損なうことなく溶接できる。
耐疲労性	中程度	繰り返し荷重下での損傷に対する耐性。

オーステナイト鋼の特徴について知りたいですか？こちらをお読みください。 オーステナイト系概要記事.

フェライト系ステンレス鋼の加工

オーステナイト系、マルテンサイト系、二相 鋼、析出硬化系ステンレス鋼とは異なり、 フェライト系ステンレス鋼は製造時に特殊な 取り扱いが必要である。以下では、このような特殊な加工方法と、 注意が必要な問題について説明する。

1.成形

フェライト系ステンレス鋼は、溶解と鋳造の単純な工程から始まる。その後、炭素鋼のように簡単に成形されます。オーステナイト系ステンレス鋼とは異なり、フェライト鋼は成形中に著しく硬化することがないため、頻繁な焼鈍を必要としません。

2.熱処理

フェライト系ステンレス鋼は通常、応力を緩和 し延性を向上させるため、溶体化処理と焼鈍を行 う。マルテンサイト鋼とは異なり、 焼入れではなく空冷される。析出硬化鋼のように加熱して強化することはできません。

長時間の暴露で起こりうる475℃の脆化を避け、靭性の低下につながらないよう注意が必要である。

3.冷間圧延

フェライト系ステンレス鋼を冷間圧延す ると、オーステナイト系とは異なり、磁性を 維持することができる。 フェライト鋼の強度と硬度は、冷間圧延後に著しく向上します。 

しかし、その成形性は比較的悪く、加工中にしわや変形が生じやすい。良好な成形品質を確保するためには、圧下率や圧延速度などの圧延パラメータを注意深く制御する必要がある。

4.機械加工

フェライト系ステンレス鋼の加工は、オーステナ イト系ステンレス鋼の加工より容易である。カジリも少なく、様々な機械加工で扱いやすい。安定したミクロ組織は、安定した加工性能に貢献する。

5.溶接

フェライト系ステンレ ス鋼の溶接には、結晶粒の成長と脆化を 防ぐための注意が必要である。一般的な方法には、TIG、 MIG、スポット溶接がある。オーステナイト系鋼とは異な り、フェライト系鋼は靭性を回復するために 溶接後の熱処理が必要な場合がある。 

熱膨張率が低いため、溶接歪みの軽減に役立つ。鋭敏化を防ぐには、低温で溶接し、入熱を最 小限に抑えることが重要である。

フェライト系ステンレス鋼の相変態

溶接および熱処理に不可欠なフェライト系ステンレ ス鋼の相変態は、主に合金組成、特にクロムとそ の他の元素によって引き起こされる。このセクションでは、これらの変態の主要な側面について説明する。

安定したフェライト相：

フェライト系ステンレス鋼は、主に体心立方 (BCC)フェライト相のままである。この相は室温から約912℃まで安定である。

クロム含有量と相安定性：

• 高クロム含有 (11-30%):鋼は通常、高温でも他の相に変化しにくい。
• 相変態温度:
  • 通常、950℃以上で発生する。
  • この温度では、特にある種の合金元素の影響を受けると、フェライト相がオーステナイト相に変化することがある。

クロム濃度の影響：

• 13%付近 クロム:鋼はフェライト相からオーステナイト相に変化し、冷えると再びフェライト相に戻る。
• カーボンによる急速冷却:これはマルテンサイトを形成する可能性があり、後に焼戻ししてフェライト相に戻すことができる。
• 17%以上 クロム:鋼はどの温度でもフェライト相のままである。
• 上記 25% クロム:σ相が形成され、室温で脆くなることがある。

フェライト系ステンレス鋼の鋭敏化

鋭敏化は、フェライト系ステンレス鋼が 450℃から850℃に曝された場合に起こる。この範囲では、クロムの炭化物が粒界に形成 され、クロムが減少し、耐食性が低下する。このため、粒界腐食が発生しやすくなる。これを防ぐには、溶接や熱処理時の入念な熱管理が必要である。

フェライト系ステンレス鋼の長所と短所とは？

フェライト系ステンレス鋼には、特定の用途に適 した独自の利点があるが、固有の特性による欠点 もある。これらの欠点は、様々な方法で対処することができる。これらの長所と短所を理解することは、ニーズに合った材料を選択する上で極めて重要である。

フェライト系ステンレス鋼の利点

• 耐食性:フェライト系ステンレス鋼は、特に温和な環境において、酸化や腐食に対して優れた耐性を発揮する。
• 磁気特性:磁気特性を保持し、誘導加熱のような特定の用途に有利である。
• 成形性:成形が容易で、炭素鋼のように加工できるため、複雑なデザインに適している。
• 強さとタフネス:フェライト系ステンレス鋼は、強度と耐久性を兼ね備えており、様々な用途に使用できる。
• 費用対効果:通常、オーステナイト系ステンレス鋼よりも合金費が低いため、コストが安い。

デメリットとその対処法

• タフネス低下:フェライト系ステンレス鋼は、温度が低いと 靭性が低下する。合金鋼種や溶接後の熱処理で靭性を向上 させる。
• 限られた熱処理性:高強度化のための熱処理ができない。このような用途には、オーステナイト鋼やマルテンサイト鋼のような材料が使用されます。
• 感作感受性:特定の温度で感作することがある。これらの温度を避け、加熱・冷却速度を注意深く制御する。
• 溶接性の問題:溶接は、潜在的な脆性のために困難な場合がある。適切な溶接方法を用い、溶接後に熱処理を施すことで、これらの問題に対処することができる。

フェライト系ステンレス鋼の一般的な鋼種と用途

フェライト系ステンレス鋼には様々な鋼種があ り、各鋼種は用途に応じた特質を備えている。これらの鋼種と用途を知ることは、様々なニーズに適した材料を選択するのに役立ちます。

フェライト鋼種	アプリケーションエリア	具体的な用途
304	一般用	厨房機器、自動車トリム、家電製品
430	家電製品	食器洗い機の内装、オーブンの内張り、キッチンシンク
446	高温	炉部品、熱交換器、排気システム
409	自動車	排気システム、触媒コンバーター、自動車トリム
444	腐食性環境	化学処理装置、船舶用途
409L	自動車・産業	排気システム、自動車部品、産業機械
430F	機械加工	精密シャフト、スクリュー、ボルト、その他のファスナー
441	自動車・航空宇宙	排気システム、エンジン部品、航空宇宙用途

気になる情報

ここでは、フェライト系ステンレ ス鋼について十分な情報を得た上で選択で きるよう、その他の重要な側面やよくある質 問を取り上げる。

フェライト系ステンレス鋼の見分け方

フェライト系ステンレス鋼は、その磁気特性と体心立方 (BCC)結晶配列で識別できる。通常、クロムを含み、オーステナイト系ステンレスに比べニッケルは少ない。

400系ステンレス鋼はフェライト系か？

はい、400系ステンレス鋼は通常フェライト系です。409や430のようなグレードは、フェライト系ステンレス鋼の一般的な例です。

300系ステンレス鋼はフェライト系か？

いいえ。 300系ステンレス鋼は主にオーステナイト系である。フェライト系よりもオーステナイト系の方が、ニッケルやクロムの含有量が多い。

フェライト系ステンレス鋼とオーステナイト系ステンレス鋼の違いは？

フェライト系ステンレス鋼は、体心立方 (BCC)構造を持ち、磁性を持ち、ニッケル含有量が少ない。 オーステナイト系ステンレス鋼 は面心立方（FCC）構造を持ち、非磁性で、ニッケルとクロムを多く含む。

フェライトはオーステナイトより強い？

フェライト系ステンレス鋼は一般にオーステナイト 系鋼より強度は劣るが、応力腐食割れに対する耐性 は高い。オーステナイト系ステンレ ス鋼は通常、高い強度と靭性を持つ。

まとめ＆さらに

この記事では、フェライト系ステンレス鋼の定義、組成、特性、鋼種、用途、その他の重要な側面について簡単に説明します。ステンレス鋼やその他の鋼種について詳しく知りたい方は、以下をご覧ください。 ブログ または 金属専門家へのお問い合わせ.

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